第十一章蝸桿傳動

1、第十一章 蝸桿傳動11-1 蝸桿傳動概述11-2 蝸桿傳動的類型11-3 普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸11-4 普通蝸桿傳動的承載能力計算11-5 普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡11-6 圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計？電機工作機蝸桿傳動概述蝸桿傳動是一種在空間交錯軸間傳遞運動的機構(gòu)。蝸桿傳動概述蝸桿傳動的主要特點有：1傳動比大，一般為i=580，大的可達300以上；2重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低；3摩擦磨損問題突出，磨損是主要的失效形式；4傳動效率低，具有自鎖性時，效率通常低于50%。由于上述特點，蝸桿傳動主要用于運動傳遞，而在動力傳輸中的應(yīng)用受到限制。隨著加工工藝技術(shù)的發(fā)展和新型蝸桿傳動技術(shù)的不斷出

2、現(xiàn)，蝸桿傳動的優(yōu)點得到進一步的發(fā)揚，而其缺點得到較好地克服。因此蝸桿傳動已普遍應(yīng)用于各類運動與動力傳動裝置中。（虛擬現(xiàn)實中的蝸桿傳動） 其齒面一般是在車床上用直線刀刃的車刀切制而成，車刀安裝位置不同，加工出的蝸桿齒面的齒廓形狀不同。阿基米德蝸桿漸開線蝸桿法向直廓蝸桿錐面包絡(luò)圓柱蝸桿蝸桿傳動的類型蝸桿傳動的類型圓柱蝸桿傳動環(huán)面蝸桿傳動錐蝸桿傳動普通圓柱蝸桿傳動圓弧圓柱蝸桿傳動其蝸桿的螺旋面是用刃邊為凸圓弧形的車刀切制而成的。其蝸桿體在軸向的外形是以凹弧面為母線所形成的旋轉(zhuǎn)曲面，這種蝸桿同時嚙合齒數(shù)多，傳動平穩(wěn)；齒面利于潤滑油膜形成，傳動效率較高；同時嚙合齒數(shù)多，重合度大；傳動比范圍大(10360

3、)；承載能力和效率較高；可節(jié)約有色金屬。 注意：蝸桿傳動類型選擇的原則普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸1普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸一、模數(shù)m和壓力角a蝸桿與蝸輪嚙合時，蝸桿的軸面模數(shù)、壓力角應(yīng)與蝸輪的端面模數(shù)、壓力角相等，即 ma1= mt2 = m aa1= at2二、蝸桿的分度圓直徑d1由于蝸輪是用與蝸桿尺寸相同的蝸輪滾刀配對加工而成的，為了限制滾刀的數(shù)目，國家標準對每一標準模數(shù)規(guī)定了一定數(shù)目的標準蝸桿分度圓直徑d1。直徑d1與模數(shù)m的比值(q= d1/m)稱為蝸桿的直徑系數(shù)。三、蝸桿的頭數(shù)z1較少的蝸桿頭數(shù)（如：單頭蝸桿）可以實現(xiàn)較大的傳動比，但傳動效率較低；蝸桿頭數(shù)越多，傳動效率越高，但蝸桿頭數(shù)

4、過多時不易加工。通常蝸桿頭數(shù)取為1、2、4、6。 (蝸桿頭數(shù)與傳動效率關(guān)系)詳細內(nèi)容 普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸2普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸四、導(dǎo)程角g1111tanz mz mddg在m和d1為標準值時，z1g五、傳動比 i六、蝸輪齒數(shù)z21221zznni蝸輪齒數(shù)主要取決于傳動比，即z2= i z1 。 z2不宜太?。ㄈ鐉226)，否則將使傳動平穩(wěn)性變差。 z2也不宜太大，否則在模數(shù)一定時，蝸輪直徑將增大，從而使相嚙合的蝸桿支承間距加大，降低蝸桿的彎曲剛度。 （Z1與Z2的薦用值表）七、中心距mzqdda)(21)(21221正確嚙合時，蝸輪蝸桿螺旋線方向相同，且g1b212ddd1(分度圓周

5、長)gmz1m 思考題：圓柱蝸桿傳動正確嚙合的條件是什么？在中間平上，即蝸桿的軸向模數(shù)ma1等于蝸輪的端面模數(shù)mt2；蝸桿的軸面壓力角aa1等于蝸輪的端面壓力角at2，并且模數(shù)和壓力角均為標準值；蝸輪導(dǎo)程角g等于蝸輪的螺旋角b，且螺旋線的方向相同；即ma1=mt2=m，aa1=at2=a，g=b2 普通蝸桿傳動的參數(shù)與尺寸普通蝸桿傳動的承載能力計算1普通蝸桿傳動的承載能力計算一、蝸桿傳動的失效形式蝸桿傳動的主要問題是摩擦磨損嚴重，這是設(shè)計中要解決的主要問題。蝸輪磨損、系統(tǒng)過熱、蝸桿剛度不足是主要的失效形式。二、蝸桿傳動的常用材料三、蝸桿傳動的設(shè)計準則蝸桿的剛度計算 防止蝸桿剛度不足引起的失效。

6、蝸輪的齒根彎曲疲勞強度計算蝸輪的齒面接觸疲勞強度計算防止齒面過度磨損引起的失效。傳動系統(tǒng)的熱平衡計算 防止過熱引起的失效。 為了減摩，通常蝸桿用鋼材，蝸輪用有色金屬（銅合金、鋁合金）。 高速重載的蝸桿常用15Cr、20Cr滲碳淬火，或45鋼、40Cr淬火。 低速中輕載的蝸桿可用45鋼調(diào)質(zhì)。 蝸輪常用材料有：鑄造錫青銅、鑄造鋁鐵青銅、灰鑄鐵等。 普通蝸桿傳動的承載能力計算2普通蝸桿傳動的承載能力計算四、蝸桿傳動的受力分析蝸桿傳動的受力分析與斜齒圓柱齒輪的受力分析相同，輪齒在受到法向載荷Fn的情況下，可分解出徑向載荷Fr、周向載荷Ft、軸向載荷Fa。蝸桿傳動受力方向判斷 11a2t12dTFF22

7、t2a12dTFFatant2r2r1FFFgacoscos2n22ndTF 在不計摩擦力時，有以下關(guān)系：習題1：標出圖中未注明的蝸桿或蝸輪輪齒螺旋線方向及轉(zhuǎn)動方向（均為蝸桿主動），畫出蝸桿和蝸輪受力的作用點及三個分力（用箭頭表示）普通蝸桿傳動的承載能力計算習題2：如圖所示，有一手動絞車采用蝸桿傳動。已知：模數(shù)m=8，螺桿頭數(shù)z1=1，蝸桿分度圓直徑d1=80mm，蝸輪齒數(shù)z2=40，卷筒直徑D=200mm，傳動效率h=0.45。試求：（1）欲使重物FW上升1m，手柄應(yīng)轉(zhuǎn)多少轉(zhuǎn)？并在圖上標出手柄轉(zhuǎn)的方向。（2）若起重量FW=104N，人手推力F=200N，手柄長L為多少？（3）按起重量FW=1

8、04N確定在節(jié)點C處各分力的大小和方向。普通蝸桿傳動的承載能力計算普通圓柱蝸桿傳動能力計算1.蝸輪齒面接觸疲勞強度計算校核計算：設(shè)計計算：22212480HHKTd m z22122480Hm dKTz當蝸輪材料為強度極限B5m/s。7級精度常用于運輸和一般工業(yè)中的中等速度（v27.5m/s）的動力傳動。8級精度常用于每晝夜只有短時工作的次要的低速（v23m/s）傳動。y許用最大擾度，y=d1/1000普通蝸桿傳動的承載能力計算普通蝸桿傳動的效率潤滑與熱平衡1普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡一、蝸桿傳動的效率h1計及嚙合摩擦損耗的效率；321hhhhh2計及軸承摩擦損耗的效率；h3計及濺油損耗

9、的效率；h1是對總效率影響最大的因素，可由下式確定：1vtantan()ghg11tandmzg因為所以 z1gh效率與蝸桿頭數(shù)的大致關(guān)系為：蝸桿頭數(shù)總 效 率 0.70 0.80 0.90 0.95式中：g蝸桿的導(dǎo)程角；v當量摩擦角?；瑒铀俣葀s為11 1cos60 1000cossvd nvgg普通蝸桿傳動的效率潤滑與熱平衡2普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡二、蝸桿傳動的潤滑潤滑的主要目的在于減摩與散熱。具體潤滑方法與齒輪傳動的潤滑相近。 潤滑油 潤滑油粘度及給油方式 潤滑油量潤滑油的種類很多，需根據(jù)蝸桿、蝸輪配對材料和運轉(zhuǎn)條件選用。潤滑油一般根據(jù)相對滑動速度及載荷類型進行選擇。給油方法包

10、括：油池潤滑、噴油潤滑等，若采用噴油潤滑，噴油嘴要對準蝸桿嚙入端，而且要控制一定的油壓。詳細介紹潤滑油量的選擇既要考慮充分的潤滑，又不致產(chǎn)生過大的攪油損耗。對于下置蝸桿或側(cè)置蝸桿傳動，浸油深度應(yīng)為蝸桿的一個齒高；當蝸桿上置時，浸油深度約為蝸輪外徑的1/3。 普通蝸桿傳動的效率潤滑與熱平衡3普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡三、蝸桿傳動的熱平衡由于傳動效率較低，對于長期運轉(zhuǎn)的蝸桿傳動，會產(chǎn)生較大的熱量。如果產(chǎn)生的熱量不能及時散去，則系統(tǒng)的熱平衡溫度將過高，就會破壞潤滑狀態(tài)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)進一步惡化。系統(tǒng)因摩擦功耗產(chǎn)生的熱量為：)1 (10001hP自然冷卻從箱壁散去的熱量為：2doa()S tta在

11、熱平衡條件下可得：oad1000 (1)PttShadoa1000 (1)()PSttha可用于系統(tǒng)熱平衡驗算，一般to7080 可用于結(jié)構(gòu)設(shè)計式中：ad箱體表面的散熱系數(shù)，可取ad (8.1517.45)W/(m2)；S 箱體的可散熱面積(m2)；t0 潤滑油的工作溫度()；ta 環(huán)境溫度()。 普通蝸桿傳動的效率潤滑與熱平衡4普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡四、蝸桿傳動的散熱措施當自然冷卻的熱平衡溫度過高時，可采用以下措施：1. 加散熱片以增大散熱面積或在蝸桿軸端加裝風扇以加速空氣流通。散熱片濺油輪風扇過濾網(wǎng)集氣罩空氣流空氣流 普通蝸桿傳動的效率潤滑與熱平衡5普通蝸桿傳動的效率、潤滑與熱平衡2. 加冷卻管路或散熱器冷卻。通水油泵過濾器冷卻器傳動箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路傳動箱外裝循環(huán)冷卻器 圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計1圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計一、蝸桿的結(jié)構(gòu)蝸桿螺旋部分的直徑不大，所以常和軸做成一個整體。當蝸桿螺旋部分的直徑較大時，可以將軸與蝸桿分開制作。 無退刀槽，加工螺旋部分時只能用銑制的辦法。 有退刀槽，螺旋部分可用車制，也可用銑制加工，但該結(jié)構(gòu)的剛度 較前一種差。 圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計2圓柱蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計二、蝸輪的結(jié)構(gòu)為了減摩的需要，蝸輪通常要用青銅制作。為了節(jié)省銅材，當蝸輪直徑較大時，采用組合式蝸輪結(jié)構(gòu)，齒圈用青銅